LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Цифрова обробка зображень на основі теорії контрастності

Рассмотрены модели изображений. Выделены из них те, которые основываются на реакции зрительной системы на величину яркостного стимула. Показано, что они могут использоваться в качестве основы для построения методов преобразования изображений. Поэтому методы преобразования изображений в пространственной области можна рассматривать как имеющие общую цель – повышение визуального качества и информативности. Тогда логично выбрать за общую основу построения этих методов локальный контраст элементов изображения. Но такой подход требует развития теории контрастности изображений. Так как обработка изображений с целью улучшения их визуального качества наиболее быстродействующая при ее реализации в пространственной области, то необходима разработка методов преобразвания изображений на новой теоретической основе.

Анализ показал, что выражение, вытекающее из контрастного закона восприятия света Нестерука-Порфирьевой, не полностью соответствует требованиям определения контраста через множественность условий определения его максимального значения. Поэтому предложено линейное описание определения контраста элементов изображения, которое удовлетворяет требованиям расстояния метрического пространства. Исследование выражений для определения контраста показало, что основным отличием ядер определения контраста является ограниченный или неограниченный характер его изменения. Это позволило провести классификацию ядер определения контраста.

Получено аналитическое выражение для нахождения контраста сюжетного изображения как его количественной характеристики. Оно основывается на использовании локальных контрастов с линейным описанием и свойствами расстояния метрического пространства, а также не зависит от субъективного восприятия.

Локальная обработка изображений часто построена с использованием окрестности Мура или Неймана, которые можно рассматривать как элементарные изображения. Это позволило установить линейную зависимость между локальным контрастом при его линейном описании и лапласианом, представленным дискретными аппроксимациями. Учитывая это свойство показано, что локальный контраст лежит в основе построения методов растяжения, выравнивания гистограмм, ранговых и разностных методов (нерезкого маскирования) и непосредственно преобразования локального контраста. Показано, что обобщенный контраст изображений после нелинейных статистических преобразований не зависит от сюжета преобразуемого изображения, его контраста и гистограммы, а является характеристикой этого преобразования. Это позволяет определять его наперед.

Предложен способ определения количественной оценки визуального качества монохромного полутонового изображения. Его основой является произведение значений обобщенного контраста, а также оценок качества уровня адаптации зрительной системы, полноты использования диапазона градаций яркости и резкости изображения.

Рассмотрены методы улучшения изображений путем их обработки в пространственной области. Предложены обобщенные методы глобального и скользящего растяжения. Они используют дополнительный информационный параметр и привязку его к середине диапазона, а также преобразование Эйлера, бета-функций, кусочно-линейных и кусочно-нелинейных функций. Этим достигается управление условиями усиления локального контраста.

Разработаны обобщенные гистограммные методы преобразований, основанные на дополнительных нелинейных преобразованиях компонент гистограммы и кумулятивной гистограммы путем использования для этой цели преобразований Эйлера, бета-функций и кусочно-нелинейных функций; метод повышения точности гистограммных преобразований путем уменьшения погрешности округления результатов вычислений.

Построен обобщенный метод скользящих взвешенных ранговых преобразований, использующий классификацию объектов по их контрасту, типу кривизны и введении соответствующих ему весовых коэффициентов.

Разработаны новые классы разностных методов, которые основываются на ядрах определения локального контраста для формирования детальной составляющей и ее локально-адаптивном усилении с эйлеровыми, бета-, кусочно-линейными и кусочно-нелинейными преобразованиями фоновой составляющей.

Построены новые классы методов нелинейного преобразования локального контраста на трехэтапной основе с использованием различных подходов к определению локального контраста и формирования уровня адаптации.

Обобщена двухуровневая структура построения прикладных систем обработки изображений и их трехуровневая система организации программного обеспечения с аппаратной реализацией преобразования изображений. Показана эффективность применения предложенных технологий преобразования изображений в прикладных областях, что позволило внедрить в произвотство системы и программные комплексы обработки изображений.

Ключевые слова: обробка изображений, контраст, качество изображения, фильтрация, метод растяжения, гистограммные преобразования, нерезкое маскирование.


Vorobel R.A. Digital image processing based on the theory of contrast.- Manuscript.

Thesis for a doctor degree by speciality 05.13.06 - automatic control system and progressive information technologies. - State Institute of Informational Infrastructure of the National Agency on Informatization by the President of Ukraine, Lviv, 1999.

The dissertation is devoted to the real time image processing. The new scientific direction – digital image processing based on the theory of contrast – is developed. It consists of using local contrasts with properties of the metric space distance both for independent from subjective perception quantitative evaluation and images characteristics of different physical nature and for construction of methods of image processing for the visual quality enhancement.

Expression for computation of general contrast for subject images is constructed. Linear relation between local contrast and Laplasian is obtained. It is shown that the local contrast is a base for the construction of methods for images visual quality enhancement.

General methods for global and moving stretch of the band of the brightness and histograms transformation are proposed. Euler’s transformation, beta-functions, linear and nonlinear piecewise functions for transformation of the components in this methods are used. General methods of moving weighted rank transformation are built. Novel classes of methods for unsharp masking using nonlinear transformation of background component and methods for the nonlinear transformation of the local contrast are obtained. Techniques of image processing and problem-oriented systems are implemented in the industry.

Key words: image processing, contrast, image quality, filtering, stretch technique, histogram transformation, unsharp masking.